面向侧风行驶安全性的车身外流场湍流数值模拟与优化(6)
（3）牵引模型法
牵引模型法是在一个长轨道上驱动模型，使其横向通过风洞试验段，模型是动态的而侧向风是稳态的，如图2-5 所示。汽车与侧风的状态很接近汽车在路面上行驶的真实情况，比较真实地再现了汽车在侧风环境中行驶的状态。
图 2-5牵引模型法
牵引模型法很容易理解，但却不容易实现，需要开发特殊的驱动模型的试验装置，而且比较难以对运动模型进行气动力测量，此外模型运动引起的振动还会对测量结果带来干扰，需要从测量结果中消除模型和轨道振动引起的动力学干扰。在试验空间上，由于必须将模型和模型上的测量仪器加速到要求的速度，对实验室空间和能够使用的最大模型尺寸有了更高的要求，如果应用已有的风洞模拟真实的阵风长度，模型的比例限制在 1/10 或者更小。对于每一次测试，需要将模型重新返回起点，表面压力的测量或者尾流的研究需要进行大量的测试，需要花费很长的时间，例如完成一个典型的尾流平面移测试验需要大约几个星期甚至几个月的时间。
考虑到牵引模型法所需试验装置的复杂性以及数据采集的困难，在汽车开发过程中很少进行这种瞬态测试，一般在开发过程后期进行，在这一阶段进行汽车外形的修改和优化的成本很高，往往只能进行少量的折中修改。上述特点限制了此方法在工程实践中的应用价值。由于风洞中的试验空间有限，此方法难以实现车速和风速的连续变化，因而上述研究结果限于稳定车速和风速条件，迄今为止文献中还难以见到汽车或模型以非匀速运动以及非定常侧风风速对汽车气动特性影响的研究。
2.2.2道路实验法
传统的汽车侧风稳定性研究的道路试验法是用侧风发生器进行实车道路试验。这种方法是人工制造一个一定长度的侧风区（如 图2-7 所示），风速可以调节，可以模拟阵风、随机风以及超越大型汽车时横向风的干扰，因而也更具有一定的真实性。试验中，汽车的实际行驶轨迹可通过汽车留在路面上的印迹或路面上的传感器确定，也可以用汽车上的仪器确定。汽车的侧向加速度可用加速度仪测出，为保证侧向加速度的精确测量，要将加速度仪放置在平稳的回转式平台上，以保证在整个实验过程中，加速度仪始终在同一水平面内。通过对加速度曲线的两次积分可求出汽车的侧向偏移量，再加上测出的汽车行驶速度就可以完全确定汽车的行驶轨迹。同时，根据汽车通过侧风发生器前的运动状态，还可以模拟计算出作用在汽车车身上的气动力。
图2-7侧向风稳定性道路试验
另外一种方法是在被测汽车侧面的不同位置安装火箭喷射器，依靠喷射器推力模拟不同气动侧向力作用点所产生的侧风效应。这种装置的特点是所产生的推力为常值。美国通用汽车公司早在 20 世纪 60 年代初期就用这种办法进行过试验研究，这种方法是模拟侧向气动力的最早努力。此外还可以让汽车以高速驶入横向斜度有变化的车道，承受到线性的侧向力阶跃，该力的大小取决于这段道路的倾角。这种模拟外界脉冲的方法并不能满足正确模拟的要求。因为侧向分力此时作用于汽车的重心上，而不是风压中心上，这两个中心往往是有一段距离的，影响试验结果的正确性。从试验成本来看，道路试验的时间长，耗资大，而且具有一定的危险性，试验结果很容易受主观（如驾驶员反应）和客观因素（如路况、天气）的影响和制约，该方法也受气动载荷瞬态测试手段和技术的限制。这些特点使这一方法的适用性受到影响。
2.2.3数值模拟法
20 世纪 90 年代以来，随着计算机技术的快速提高，计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics,简称 CFD）取得了很大进展，数值模拟逐渐成为汽车空气动力学研究的又一个重要方法，与试验方法相比，数值模拟具有速度快、成本低、应用范围广等优点，并能够实现试验研究中较难实现的条件，能够通过流场信息来解释各种工况下汽车气动特性变化的原因。数值模拟研究不是为了取代试验研究，它与试验研究相互促进、相互补充。